表 1 人与机器两种装配系统的工作特性 Table 1 Characteristics of man assembly system and machine assembly system
配件装配的需求。
(4)
现代大型飞机的装配要求实现数字量协调 ,装配过程实现数字化制造 ,满足数字化设计 /制造一体化的需要 ,减少或消除实物模拟量协调工装 ,降低成本。
(5)
适应复合材料及其混合结构装配的需求。大型飞机上复合材料及其混合结构用量越来越大 ,自动化装配技术是复合材料结构制孔和精确装配的保证。
(6)
装配的柔性化要求。实现柔性装配可减少装配工装数量 ,降低研制成本、减少占地面积、缩短生产准备周期 ,实现快速研制 ,而柔性
v足≈80 m/ min 速度
v手≈180 (°)/s
加速度 a =01 2 g
过程数 有限 (10～100个操作 ),需要培训记忆能力 定位精度有限 (需要引导 )抗疲劳能力容易疲劳
装配需要自动化的柔性装配工装和装配设备来保证。
图 1反映了飞机装配成本、产量、装配自动化水平、装配效率、装配质量 (装配精密度)、装配系统投资诸因素之间的关系 [3]。如只考虑成本的因素 ,单架生产或少量生产会促使人们尽量采用人工装配方法 ,而大批量生产的民机装配实现低成本则需要尽量提高自动化水平。由于大型飞机装配要综合考虑装配质量、装配成本和装配效率 ,从图 1中可以看出 ,不断提高装配自动化技术水平是大型飞机制造的必然趋势。
v线性 ≈300 m/ min
v旋转 ≈360 (°)/s
a ≥2 g
无限 (取决于计算机存贮能力 )
很高 (可达 ± 01 02 mm,取决于运动机构 )
不易疲劳
图 1 装配自动化水平与单机成本的关系 Fig11 Relationship between automatic assembly level and cost of single aircraft
2 国外发展状况
近十余年来 ,以 B777 ,B787 ,A340 ,A380 ,C2 17为代表的新型大型军民用飞机集中反映了大型飞机先进装配技术的现状和发展趋势 ,体现在采用基于单一产品数据源的数字量尺寸协调体系 ,实施数字化尺寸工程技术 ,通过装配仿真和虚拟现实技术等虚拟制造技术实现装配过程优化 ,应用柔性模块化的工装技术、加工和检测单元并集成应用为一系列的自动化装配系统进行机体结构的自动化装配 [426] ,大量采用长寿命连接技术 ,实现了飞机结构高质量和高效率装配 ,以满足大型飞机长寿命、高可靠性、低成本和高效率制造的要求。
世界航空发达国家的飞机自动化装配技术 ,动钻铆系统向由自动化装配工装、模块化加工单元[7]、数字化定位和检测系统、复杂多轴数控系统和离线编程与仿真软件等组成的的自动化装配系统发展 ,大部分基于 CA TIA平台进行设计 ,保证了装配系统与飞机产品的数字化协调。国外大型飞机自动化装配技术基本上按装配产品的结构形式和特点来发展 ,国外发展的自动化装配系统主要有柔性机翼壁板装配系统、柔性翼梁装配系统、复合材料升降舵柔性装配系统、机身壁板集成单元 ( IPAC)、机器人柔性装配系统、机身柔性装配系统等。图 2和图 3总结了国外在机翼和机身装配自动化的应用情况 [3]。
机翼柔性壁板装配系统以空客系列飞机机翼壁板柔性装配系统为主 ,包括空客 A320/ E4000/
等机翼
图 2 机翼的装配系统 Fig12 Assembly systems of wing assembly tasks 图 3 大型飞机机身结构及其自动化装配应用情况 Fig13 Structure of large aircraft fuselage and assembly systems in use
柔性翼梁装配系统源于波音公司的自动化大梁装配设备 (ASA T)计划。 ASA T计划起始于 B767翼梁的自动化装配系统 ,随后不断发展并集成到大多数波音民机 (B767/ ASA T1 , B777/ ASA T2 ,B737/ ASA T3)生产线上 ,而用于 C217大型军用运输机翼梁装配的 E5000 (ASA T4)属于第 4代自动化翼梁柔性装配系统。这两类柔性装配系统最显著特点是都采用了电磁铆接动力头和决定性柔性装配工装 ,能适应不同规格和尺寸
的壁板或翼梁的柔性装配。德国 BR TJE公司开发的机身集成装配系
;统 ,则采用了基于模块化的 PO GO柱单元的柔性工装系统、自动钻铆和环铆技术 ,并在波音和空客等飞机机身装配上得到了普遍应用。机器人装配系统主要用于机体壁板装配以上较高一级装配水平如翼盒、机身段的装配等。 Electroimpact公司与空客英国公司联合开发了一种机器人柔性装配系统 ,用于机翼壁板与骨架
的装配 ,该系统集成了 4种主要功能 :压紧壁板、探测壁板 (厚度 )并钻孔、孔检测、插入螺栓或环槽钉并安装。西班牙 SERRA公司提供了一套基于
Tricept805虚拟轴机器人的装配系统用于 A380复合材料尾翼扭力盒的自动化装配 ,包括制孔和安装单面紧固件等。
复合材料升降舵柔性装配系统是空客公司为实现空客系列飞机复合材料平尾升降舵的柔性装配而研制的。系统可自动完成后缘的测量和校准、上下壁板钻孔和锪窝、铆钉选择和供给、注胶、铆接、壁板表面波纹度测量等过程。
飞机复合材料结构自动化装配系统的最新进展是 B787机身第 43段 (图 4)的复合材料整体筒体与钛合金框件的自动化装配 [8]。该系统采用内外两套独立的装置 ,在装配时实现自动定位、夹紧、制孔、安装环槽钉并完成环圈自动镦铆 ,铆接驱动依靠电磁铆接动力头实现 ,目前已在日本三菱重工投入使用。图 5是该系统的总体布局。
中国航空网 www.aero.cn
航空翻译 www.aviation.cn
本文链接地址：航空学报08大飞机专刊(15)
